JPH05245346A - 電気透析装置 - Google Patents
電気透析装置Info
- Publication number
- JPH05245346A JPH05245346A JP5457591A JP5457591A JPH05245346A JP H05245346 A JPH05245346 A JP H05245346A JP 5457591 A JP5457591 A JP 5457591A JP 5457591 A JP5457591 A JP 5457591A JP H05245346 A JPH05245346 A JP H05245346A
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- JP
- Japan
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- chamber
- metal
- solution
- buffer
- electrodialysis
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 塩素ガス、水素ガスを発生することなく、酸
の消費もなく、原水のｐＨの変動に対応できる電気透析
装置を提供することを目的とする。 【構成】 陽イオン交換膜Ｋと、陰イオン交換膜Ａが交
互に配置され、その両端部に陽極室３と陰極室４とを備
えている。陽極室３と陰極室４と極液タンク１６で独立
した一流路を構成している。この流路に供給される溶媒
に、酸とその酸の塩の混合溶液、又は塩基とその塩基の
塩の混合溶液からなる緩衝液が用いられる。この溶媒に
添加する溶質として、酸化還元反応が可逆的に行なえる
金属又はこれらの金属とのキレート化合物が使用され
る。
の消費もなく、原水のｐＨの変動に対応できる電気透析
装置を提供することを目的とする。 【構成】 陽イオン交換膜Ｋと、陰イオン交換膜Ａが交
互に配置され、その両端部に陽極室３と陰極室４とを備
えている。陽極室３と陰極室４と極液タンク１６で独立
した一流路を構成している。この流路に供給される溶媒
に、酸とその酸の塩の混合溶液、又は塩基とその塩基の
塩の混合溶液からなる緩衝液が用いられる。この溶媒に
添加する溶質として、酸化還元反応が可逆的に行なえる
金属又はこれらの金属とのキレート化合物が使用され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、塩素ガス及び水素ガス
を発生させることなく、陰極室への酸供給を必要とせ
ず、極液のｐＨ調整不要な電気透析装置に関する。
を発生させることなく、陰極室への酸供給を必要とせ
ず、極液のｐＨ調整不要な電気透析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電気透析装置は、図３に示される
ように、透析槽１、陽極５、陰極６、酸タンク１０及び
直流電源１１から主に構成される。透析槽１内は多数の
透析室ブロック２があり、陰イオン交換膜Ａと陽イオン
交換膜Ｋが交互に設置されている。この電気透析装置に
原水７が供給されると、透析槽１の透析室ブロック２内
には、濃縮水と脱塩水が交互に生成し、陽極室３から塩
素ガス８、陰極室４から水素９が発生する。また、陰極
室４には、水素イオン濃度低下に伴うアルカリスケ−ル
析出防止のため、酸を供給する必要がある。
ように、透析槽１、陽極５、陰極６、酸タンク１０及び
直流電源１１から主に構成される。透析槽１内は多数の
透析室ブロック２があり、陰イオン交換膜Ａと陽イオン
交換膜Ｋが交互に設置されている。この電気透析装置に
原水７が供給されると、透析槽１の透析室ブロック２内
には、濃縮水と脱塩水が交互に生成し、陽極室３から塩
素ガス８、陰極室４から水素９が発生する。また、陰極
室４には、水素イオン濃度低下に伴うアルカリスケ−ル
析出防止のため、酸を供給する必要がある。
【０００３】このような電気透析装置では、有毒な塩素
ガス及び爆発性を有する水素ガスが発生するため、その
設置場所は屋外となり、また酸供給の必要性から、離島
及び内陸地等に設置する場合には、輸送費等の費用の出
費が莫大となるため、経済的な装置とはなり得ない問題
があった。
ガス及び爆発性を有する水素ガスが発生するため、その
設置場所は屋外となり、また酸供給の必要性から、離島
及び内陸地等に設置する場合には、輸送費等の費用の出
費が莫大となるため、経済的な装置とはなり得ない問題
があった。
【０００４】これらの問題を解決する手段として、本発
明者らは、先にレドックスフロ−型電気透析装置を提案
した。この技術は未公知であるが、その装置構成を図１
に示す。本装置は、陽極室３と陰極室４と極液タンク１
６を閉ル−プ構造とし、その中に酸化還元反応が可逆的
に行われる溶液であるレドックス溶液（極液）を循環し
て運転する方式である。この方法は、ｐＨ５以上の原水
７を扱う場合、原水７と電極室内の極液１７に面する陰
イオン交換膜（陽極膜１８Ａ，陰極膜１９Ａ）との間に
おいて、金属イオンが金属として析出するという欠点が
ある。この欠点を補うために、本発明者らは、高ｐＨで
も金属イオンをイオン状態として安定化する方法を提案
された。この方法も未公知ではあるが、極液中にキレ−
ト剤を添加し循環させる方法である。この結果、極液と
して、例えば、塩化第１鉄、塩化第２鉄、ＥＤＴＡを用
いた場合、ｐＨ７近傍までは極液に面する陰イオン交換
膜（陽極膜１８Ａ、陰極膜１９Ａ）における鉄の析出現
象は回避できる。
明者らは、先にレドックスフロ−型電気透析装置を提案
した。この技術は未公知であるが、その装置構成を図１
に示す。本装置は、陽極室３と陰極室４と極液タンク１
６を閉ル−プ構造とし、その中に酸化還元反応が可逆的
に行われる溶液であるレドックス溶液（極液）を循環し
て運転する方式である。この方法は、ｐＨ５以上の原水
７を扱う場合、原水７と電極室内の極液１７に面する陰
イオン交換膜（陽極膜１８Ａ，陰極膜１９Ａ）との間に
おいて、金属イオンが金属として析出するという欠点が
ある。この欠点を補うために、本発明者らは、高ｐＨで
も金属イオンをイオン状態として安定化する方法を提案
された。この方法も未公知ではあるが、極液中にキレ−
ト剤を添加し循環させる方法である。この結果、極液と
して、例えば、塩化第１鉄、塩化第２鉄、ＥＤＴＡを用
いた場合、ｐＨ７近傍までは極液に面する陰イオン交換
膜（陽極膜１８Ａ、陰極膜１９Ａ）における鉄の析出現
象は回避できる。
【０００５】しかしながら、海水淡水化処理又は高ｐＨ
塩処理の場合、原水７のｐＨはｐＨ７近傍又はそれ以上
であり、極液のｐＨがｐＨ７より低い場合でも、イオン
交換膜を介しての拡散等により極液中のＨ+ が系外へ放
出されたり、系外よりＯＨ-が流出してくるため、長期
的に見ると（運転時間数百時間程度）、極液ｐＨは７近
傍又は７以上となる。海水淡水化の場合、環境、操作条
件の変動等により直ちに高ｐＨとなる可能性があり、ま
た高ｐＨ処理では短期間に極液ｐＨが７以上トなり、そ
の結果、塩化第１鉄、塩化第２鉄、ＥＤＴＡ極液を用い
た場合でも鉄が析出してくるという問題が生じる。すな
わち、従来までの方式では極液のｐＨ変動に対する溶融
金属の析出に対して、配慮がなされていなかった。
塩処理の場合、原水７のｐＨはｐＨ７近傍又はそれ以上
であり、極液のｐＨがｐＨ７より低い場合でも、イオン
交換膜を介しての拡散等により極液中のＨ+ が系外へ放
出されたり、系外よりＯＨ-が流出してくるため、長期
的に見ると（運転時間数百時間程度）、極液ｐＨは７近
傍又は７以上となる。海水淡水化の場合、環境、操作条
件の変動等により直ちに高ｐＨとなる可能性があり、ま
た高ｐＨ処理では短期間に極液ｐＨが７以上トなり、そ
の結果、塩化第１鉄、塩化第２鉄、ＥＤＴＡ極液を用い
た場合でも鉄が析出してくるという問題が生じる。すな
わち、従来までの方式では極液のｐＨ変動に対する溶融
金属の析出に対して、配慮がなされていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術は、
極液中の電解質、特にＨ+ の拡散およびＯＨ- の流出等
による極液ｐＨの高ｐＨ域への移動現象について配慮さ
れておらず、そのため極液中の溶融金属が析出し、電気
透析装置を運転できないという問題があった。
極液中の電解質、特にＨ+ の拡散およびＯＨ- の流出等
による極液ｐＨの高ｐＨ域への移動現象について配慮さ
れておらず、そのため極液中の溶融金属が析出し、電気
透析装置を運転できないという問題があった。
【０００７】本発明の目的は、塩素ガス、水素ガスを発
生せず、酸消費もなく、さらに原水のｐＨに関係なく極
液ｐＨを一定に保ち安定した運転が行える電気透析装置
を提供することにある。
生せず、酸消費もなく、さらに原水のｐＨに関係なく極
液ｐＨを一定に保ち安定した運転が行える電気透析装置
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、極液の溶質
として、酸化、還元反応が可逆的に行われる金属イオン
を用い、溶媒としては、溶液（極液）のｐＨを一定に調
整する機能がある緩衝液を用い、必要に応じて金属イオ
ンの安定剤としてキレ−ト剤をそれぞれ添加することに
より達成される。
として、酸化、還元反応が可逆的に行われる金属イオン
を用い、溶媒としては、溶液（極液）のｐＨを一定に調
整する機能がある緩衝液を用い、必要に応じて金属イオ
ンの安定剤としてキレ−ト剤をそれぞれ添加することに
より達成される。
【０００９】
【作用】上記した酸化、還元反応が可逆的に行われる金
属イオン及びキレ−ト剤の存在下で、緩衝液は化１のよ
うに反応する。
属イオン及びキレ−ト剤の存在下で、緩衝液は化１のよ
うに反応する。
【化１】
【００１０】すなわち、弱酸の反応は（１）式のごとく
であり、その解離はわずかである。一方、弱酸塩は
（２）式のごとく完全に解離する。この混合溶液に外か
らＨ+ が加えられると（１）式は右から左へと平衡が移
り、加えられたＨ+ はＨＡとなるため、溶液のＨ+ 濃度
はほとんど変化しない。またＯＨ- が加えられると、溶
液中のＨ+ はＯＨ- と反応してＨ2 Ｏとなるが、（１）
式は左から右へと平衡が移り再びＨ+ を生ずるため溶液
中のＨ+ の変化はほとんどない。このように緩衝液は常
に極液ｐＨを一定に保つように機能する。このことによ
り、極液外部へのＨ + の流出及び極液内部へのＯＨ- の
流入現象が生じても、緩衝液の緩衝作用により極液ｐＨ
が一定に保たれ、極液中に金属の析出は生じることはな
い。
であり、その解離はわずかである。一方、弱酸塩は
（２）式のごとく完全に解離する。この混合溶液に外か
らＨ+ が加えられると（１）式は右から左へと平衡が移
り、加えられたＨ+ はＨＡとなるため、溶液のＨ+ 濃度
はほとんど変化しない。またＯＨ- が加えられると、溶
液中のＨ+ はＯＨ- と反応してＨ2 Ｏとなるが、（１）
式は左から右へと平衡が移り再びＨ+ を生ずるため溶液
中のＨ+ の変化はほとんどない。このように緩衝液は常
に極液ｐＨを一定に保つように機能する。このことによ
り、極液外部へのＨ + の流出及び極液内部へのＯＨ- の
流入現象が生じても、緩衝液の緩衝作用により極液ｐＨ
が一定に保たれ、極液中に金属の析出は生じることはな
い。
【００１１】
【実施例】図１に、本発明の一実施例となる電気透析装
置を示す。装置の構造上の構成は従来技術の一例でもあ
る図３と基本的に変わらない。すなわち、透析槽１、陽
極５、陰極６、陽極を備えた陽極室３、陰極を備えた陰
極室４、極液タンク１６及び直流電源１１から主に構成
されている。透析槽１内は多数の透析室ブロック２があ
り、陰イオン交換膜Ａと陽イオン交換膜Ｋが交互に設置
されている。陽極５及び陰極６に最も近いイオン交換膜
をそれぞれ陽極膜１８Ａ、陰極膜１９Ａとし、それぞれ
陰イオン交換膜を用いている。
置を示す。装置の構造上の構成は従来技術の一例でもあ
る図３と基本的に変わらない。すなわち、透析槽１、陽
極５、陰極６、陽極を備えた陽極室３、陰極を備えた陰
極室４、極液タンク１６及び直流電源１１から主に構成
されている。透析槽１内は多数の透析室ブロック２があ
り、陰イオン交換膜Ａと陽イオン交換膜Ｋが交互に設置
されている。陽極５及び陰極６に最も近いイオン交換膜
をそれぞれ陽極膜１８Ａ、陰極膜１９Ａとし、それぞれ
陰イオン交換膜を用いている。
【００１２】極液１７は、陽極室３、陰極室４と極液タ
ンク１６を閉ル−プ状にした系路中を循環させる。極液
１７としては、例えば、塩化第一鉄、塩化第二鉄、ＥＤ
ＴＡを緩衝液（酢酸−酢酸ナトリウム溶液）内に添加し
た極液を用い、上記閉ル−プ状系路内に循環させる。原
水７は、透析槽１内の陽イオン交換膜Ｋと陰イオン交換
膜Ａの間に供給される。この時、直流電源１１に電流を
印加すると透析室ブロック２に交互に濃縮水１５と脱塩
水１４が生成される。陽極５と陰極６はそれぞれ化２の
ような反応が生じる。
ンク１６を閉ル−プ状にした系路中を循環させる。極液
１７としては、例えば、塩化第一鉄、塩化第二鉄、ＥＤ
ＴＡを緩衝液（酢酸−酢酸ナトリウム溶液）内に添加し
た極液を用い、上記閉ル−プ状系路内に循環させる。原
水７は、透析槽１内の陽イオン交換膜Ｋと陰イオン交換
膜Ａの間に供給される。この時、直流電源１１に電流を
印加すると透析室ブロック２に交互に濃縮水１５と脱塩
水１４が生成される。陽極５と陰極６はそれぞれ化２の
ような反応が生じる。
【００１３】
【化２】
【００１４】また、溶媒として使用する緩衝液は化３の
ような反応が生じる。
ような反応が生じる。
【化３】
【００１５】従って、電極反応（（３）（４）式）は陽
極５では鉄イオンの酸化反応、陰極６では還元反応が起
こり、かつ、陰極ではＨ+ 反応が関与していないため、
塩素ガス、水素ガスの発生はみられない。また、ｐＨ７
以上（アルカリ性）の原水に対する極液中のｐＨ挙動に
ついては、上記（１）（２）式の緩衝液反応、すなわ
ち、流入Ｈ+ に対しては（１）式の平衡が左へと移り、
加えられたＨ+ はＨＡとなるため極液のＨ+ 濃度はほと
んど変わらない。また、流出Ｈ+ に対しては、（１）式
の平衡が右へと移り、再びＨ+ を生ずるため、極液のｐ
Ｈは常に一定値を保つことができる。従って、原水７が
ｐＨ７以上の高ｐＨであっても、極液ｐＨを設定値に保
つことができ、金属析出を防止できる。
極５では鉄イオンの酸化反応、陰極６では還元反応が起
こり、かつ、陰極ではＨ+ 反応が関与していないため、
塩素ガス、水素ガスの発生はみられない。また、ｐＨ７
以上（アルカリ性）の原水に対する極液中のｐＨ挙動に
ついては、上記（１）（２）式の緩衝液反応、すなわ
ち、流入Ｈ+ に対しては（１）式の平衡が左へと移り、
加えられたＨ+ はＨＡとなるため極液のＨ+ 濃度はほと
んど変わらない。また、流出Ｈ+ に対しては、（１）式
の平衡が右へと移り、再びＨ+ を生ずるため、極液のｐ
Ｈは常に一定値を保つことができる。従って、原水７が
ｐＨ７以上の高ｐＨであっても、極液ｐＨを設定値に保
つことができ、金属析出を防止できる。
【００１６】本発明の他の実施例を図２に示す。本実施
例は、陽極室３に隣接して陽極側緩衝室用溶液２６、陰
極室４に隣接して陰極側緩衝室２７を設け、両緩衝室を
密閉するのに使用するイオン交換膜はすべて陰イオン交
換膜（陽極側は１８Ａ、２９Ａ、陰極側は１９Ａ、３０
Ａ）とする。緩衝室用溶液は、両緩衝室２６、２７のみ
を通る閉ル−プ系路内に供給し循環させる。使用する緩
衝室用溶液２５は、極液１７と同じｐＨかそられ以下の
ｐＨに調整したものを用いる。これにより、両極室３、
４からｐＨ変動因子であるＨ+ の拡散及び両極室へのＯ
Ｈ- の流入が抑えられ、極液の緩衝作用との相乗効果
で、より長期運転が可能である。なお、緩衝室用溶液２
５は常に新しい液を緩衝室内タンク２０に備蓄し、必要
に応じバルブ２１〜２４の操作で供給でき、使用済み排
水は排水口２８より除去する。また、緩衝室２６、２７
を設けることにより、Ｆｅ2+、Ｆｅ3+の系外拡散による
脱塩室への鉄イオンの混入も防止できる利点もある。
例は、陽極室３に隣接して陽極側緩衝室用溶液２６、陰
極室４に隣接して陰極側緩衝室２７を設け、両緩衝室を
密閉するのに使用するイオン交換膜はすべて陰イオン交
換膜（陽極側は１８Ａ、２９Ａ、陰極側は１９Ａ、３０
Ａ）とする。緩衝室用溶液は、両緩衝室２６、２７のみ
を通る閉ル−プ系路内に供給し循環させる。使用する緩
衝室用溶液２５は、極液１７と同じｐＨかそられ以下の
ｐＨに調整したものを用いる。これにより、両極室３、
４からｐＨ変動因子であるＨ+ の拡散及び両極室へのＯ
Ｈ- の流入が抑えられ、極液の緩衝作用との相乗効果
で、より長期運転が可能である。なお、緩衝室用溶液２
５は常に新しい液を緩衝室内タンク２０に備蓄し、必要
に応じバルブ２１〜２４の操作で供給でき、使用済み排
水は排水口２８より除去する。また、緩衝室２６、２７
を設けることにより、Ｆｅ2+、Ｆｅ3+の系外拡散による
脱塩室への鉄イオンの混入も防止できる利点もある。
【００１７】本発明において、酸化還元が可逆的に行な
える物質としては、鉄、チタン、スズ、臭素、クロム、
マンガン、モリブデン、バナジウムから選ばれる金属又
はこれらの金属とのキレート化合物からなり、緩衝液
は、酸化還元が可逆的に行なえる物質が前記金属のみか
らなる時には、セーレンセン、クラークーラブス、コル
トフ等のｐＨが５以下で調整できる緩衝液が使用され、
酸化還元が可逆的に行なえる物質が前記金属とのキレー
ト化合物からなる時には、セーレンセン、クラークーブ
ス、コルトフ、ワルポール、マッキルベイン等のｐＨが
７近傍以下で調整できる緩衝液が使用される。
える物質としては、鉄、チタン、スズ、臭素、クロム、
マンガン、モリブデン、バナジウムから選ばれる金属又
はこれらの金属とのキレート化合物からなり、緩衝液
は、酸化還元が可逆的に行なえる物質が前記金属のみか
らなる時には、セーレンセン、クラークーラブス、コル
トフ等のｐＨが５以下で調整できる緩衝液が使用され、
酸化還元が可逆的に行なえる物質が前記金属とのキレー
ト化合物からなる時には、セーレンセン、クラークーブ
ス、コルトフ、ワルポール、マッキルベイン等のｐＨが
７近傍以下で調整できる緩衝液が使用される。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、塩素ガス、水素ガスを
発生させず、酸を消費することなく、原水のｐＨがｐＨ
７以上のアルカリ性溶液でも安定した運転を行うことが
できるため、離島及び内陸地や、特に原水ｐＨがアルカ
リ性のものについても電気透析方法による造水装置を構
成することができる効果がある。
発生させず、酸を消費することなく、原水のｐＨがｐＨ
７以上のアルカリ性溶液でも安定した運転を行うことが
できるため、離島及び内陸地や、特に原水ｐＨがアルカ
リ性のものについても電気透析方法による造水装置を構
成することができる効果がある。
【００１９】
【図１】本発明の一実施例を示す電気透析装置の概略的
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明の他の一実施例を示す電気透析装置の概
略的構成図である。
略的構成図である。
【図３】従来技術の一例を示す電気透析装置の概略的構
成図である。
成図である。
１ 透析槽 ２ 透析室ブロック ３ 陽極室 ４ 陰極室 ５ 陽極 ６ 陰極 ７ 原水 １１ 直流電源 １４ 脱塩水 １５ 濃縮水 １６ 極液タンク １８Ａ 陽極膜 １９Ａ 陰極膜 ２０ 緩衝室用タンク ２５ 緩衝室用溶液 ２６ 陽極側緩衝室 ２７ 陰極側緩衝室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 浩之 東京都千代田区大手町２丁目６番２号 バ ブコック日立株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互
に多数設置し、その両端部の一方に陽極室、他方に陰極
室を有する電気透析槽を備え、この電気透析槽に直流電
気を印加し、脱塩水と濃縮水とをつくる電気透析装置に
おいて、前記陽極室と前記陰極室とを極液タンクによっ
て独立した一流路を構成し、この流路に供給される溶媒
に酸とその酸の塩の混合溶液又は塩基とその塩基の塩の
混合溶液からなる緩衝液が用いられていることを特徴と
する電気透析装置。 - 【請求項２】 前記溶媒に、酸化還元反応が可逆的に行
える鉄、チタン、スズ、臭素、クロム、マンガン、モリ
ブデン、バナジウムから選ばれる金属又はこれらの金属
とのキレート化合物からなる溶質が添加されていること
を特徴とする請求項１の電気透析装置。 - 【請求項３】 前記緩衝液は、酸化還元が可逆的に行な
える物質が前記金属のみからなる時には、セーレンセ
ン、クラークーラブス、コルトフ等のｐＨが５以下で調
整できる緩衝液からなることを特徴とする請求項２の電
気透析装置。 - 【請求項４】 前記緩衝液は、酸化還元が可逆的に行な
える物質が前記金属とのキレート化合物からなる時に
は、セーレンセン、クラークーブス、コルトフ、ワルポ
ール、マッキルベイン等のｐＨが７近傍以下で調整でき
る緩衝液からなることを特徴とする請求項２の電気透析
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5457591A JPH05245346A (ja) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | 電気透析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5457591A JPH05245346A (ja) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | 電気透析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05245346A true JPH05245346A (ja) | 1993-09-24 |
Family
ID=12974496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5457591A Pending JPH05245346A (ja) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | 電気透析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05245346A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019141835A (ja) * | 2018-02-07 | 2019-08-29 | パロ アルト リサーチ センター インコーポレイテッド | 電気化学的液体乾燥剤再生システム |
-
1991
- 1991-03-19 JP JP5457591A patent/JPH05245346A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019141835A (ja) * | 2018-02-07 | 2019-08-29 | パロ アルト リサーチ センター インコーポレイテッド | 電気化学的液体乾燥剤再生システム |
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